딥마인드, 유전체 모든 변이 예측하는 '알파게놈 아틀라스' 공개
구글 딥마인드가 인간 유전체에서 가능한 약 90억 개의 단일 염기 변이가人体에 미칠 영향을 AI로 예측한 '알파게놈 아틀라스'를 공개했습니다. 1페타바이트 규모의 이 데이터셋은 단백질 구조 데이터베이스인 알파폴드보다 30배 이상 크며, 수십만 개에 달하는 예측값을 단일 점수(AVI)로 요약해 질병 관련 변이를 신속히 선별할 수 있게 합니다. 실제로 진단되지 않던 소아 간질 사례에서 원인 변이를 찾아내는 성과를 거두었습니다.
딥마인드, 인간 유전체의 모든 가능한 DNA 변이를 매핑한 알파게놈 아틀라스 공개
막시밀리안 슈라이너 (2026년 9월 9일)
구글 딥마인드가 인간 유전체에서 가능한 약 90억 개의 단일 염기(글자) 변이 각각이 몸속에서 어떤 영향을 미칠 가능성이 있는지 예측해냈습니다. 알파게놈 아틀라스(AlphaGenome Atlas)는 연구자들이 수많은 유전적 변이 중 소수의 의미 있는 변이를 찾아내도록 돕는 것을 목표로 합니다.
인간 유전체는 약 30억 개의 DNA 글자로 구성되어 있습니다. 모든 사람은 기준 서열과 비교해 수백만 개의 미세한 차이를 가지고 있으며, 대개 글자 하나가 바뀐 형태입니다. 이런 변이 대부분은 무해하지만 일부는 질병을 일으킵니다. 어떤 변이가 유해한지는 DNA만 보고 직접 알 수 없으며, 가능한 변이가 약 90억 개에 달하므로 이를 모두 실험실에서 검증하는 것은 사실상 불가능합니다.
새로 공개된 알파게놈 아틀라스는 예측으로 이 간극을 메우고자 합니다. 90억 개 변이 각각에 대해 수백 가지 세포 유형과 조직에서 해당 변이가 분자 과정에 미칠 것으로 예상되는 영향의 추정치를 제공합니다. 이 데이터셋은 1페타바이트 규모로, 단백질 구조 데이터베이스인 알파폴드(AlphaFold)보다 30배 이상 큽니다.
이는 2025년에 공개된 AI 모델 알파게놈(AlphaGenome)을 기반으로 합니다. 이 모델은 100만 글자 길이의 DNA 구간을 읽고, 유전자가 얼마나 강하게 발현되는지, 조절 단백질이 DNA에 결합할 수 있는지, 유전자의 전사체가 어떻게 스플라이싱되는지 예측합니다. 지금까지는 각 변이마다 모델에 개별적으로 질의해야 했지만, 이제는 답이 미리 계산되어 제공됩니다.
논문에 따르면 각 변이에는 평균 약 27,000개의 개별 예측값이 따라옵니다. 이는 단백질 설계도를 담고 있지 않은 유전체의 약 98%에 특히 중요합니다. 이러한 비부호화(논코딩) 영역은 유전자가 언제, 어떤 조직에서 활성화될지 결정하는 스위치와 다이얼처럼 작동합니다. 질병 관련 변이 대부분이 바로 이곳에 위치하며, 동시에 그 영향을 읽어내기가 가장 어려운 곳이기도 합니다.
돌연변이마다 하나의 숫자를 연구진은 변이당 수천 개의 예측값은 일상적인 사용에는 너무 많다고 말합니다. 그래서 딥마인드는 이를 단일 숫자로 압축한 알파게놈 변이 영향 점수(AVI, AlphaGenome Variant Impact Score)를 만들었습니다. 작은 신경망이 알파게놈 예측값에 단백질 모델 알파미센스(AlphaMissense)와 수백만 년의 진화 동안 DNA 부위가 얼마나 변하지 않았는지에 대한 두 가지 지표를 결합합니다. AVI는 18개의 입력 특성으로 작동하는 반면, 기존 벤치마크 도구인 CADD는 150개 이상을 사용합니다.
어떤 변이가 유해한지 확실히 알려진 경우는 거의 없습니다. 연구진은 이를 우회했습니다. 집단 내에서 매우 희귀한 변이는 유해할 가능성이 높은 것으로, 흔한 변이는 무해할 가능성이 높은 것으로 간주했습니다. 유해한 돌연변이는 세대를 거치며 퍼지는 경우가 적기 때문입니다. 논문에 따르면 이러한 간접적 학습에도 불구하고 AVI는 이미 임상적으로 분류된 변이에 대한 테스트에서 특히 비부호화 영역에서 기존 도구들을 능가했습니다. 일부 과제에서는 경쟁 도구가 앞서기도 했습니다. 아틀라스는 각 변이의 점수를 어떤 과정이 주도하는지, 예를 들어 유전자 전사체의 스플라이싱인지 스위치인지 등도 세분화해 보여줍니다.
간질 사례가 보여주는 성과 해결되지 않은 희귀질환을 연구하는 GREGoR 컨소시엄의 사례가 이것이 실제로 어떻게 도움이 되는지 보여줍니다. 중증 간질을 앓는 아이가 유전체 시퀀싱에도 불구하고 진단을 받지 못했습니다. AVI는 이전에 '불명확'으로 분류되었던 DNM1 유전자의 변이를 후보 목록 최상위로 올렸습니다. 알파게놈 예측은 메커니즘도 제공했습니다. 해당 변이는 유전자 전사체 처리 과정에서 잘못된 스플라이싱 부위를 만들어 단백질을 아미노산 13개만큼 길어지게 합니다. 그러나 이는 뇌에서만 발현되는 유전자 버전에서만 일어나기 때문에 이전의 혈액 검체 연구에서는 아무것도 발견되지 않았던 것입니다. 실험실 실험이 예측을 확인했으며, 연구진은 이 변이를 '질병 원인 가능성 있음'으로 분류할 것을 권고했습니다. 컨소시엄이 이미 해결한 사례들을 돌아본 결과, AVI는 29.5%의 사례에서 원인 변이를 상위 50개 후보 안에 포함시켰습니다.